高性能氮化硅陶瓷粉體研究.pdf

1、氮化硅是一種性能優(yōu)異的高溫結構陶瓷材料，被譽為陶瓷材料界的“全能冠軍”。它不僅具有強度高、耐高溫、耐磨損、比重小等優(yōu)異的物理性能，而且能夠承受除氫氟酸之外所有無機酸的腐蝕，表現(xiàn)出非常好的化學穩(wěn)定性。因此，氮化硅陶瓷廣泛應用于電子、軍工、冶金、機械、化工等諸多領域。作為制備氮化硅陶瓷的主要原料，氮化硅粉末受到了業(yè)界廣泛高度的重視。如何制備高α相和超細粒徑的氮化硅粉是生產(chǎn)和研究的熱點。
　　直接氮化法，即硅粉與氮氣在高溫下反應生成氮化

2、硅的方法，是目前生產(chǎn)制備氮化硅粉最主流的方法。但是，由于硅粉氮化反應是一個釋放大量能量的放熱反應，所以，反應體系中容易產(chǎn)生過熱，從而容易使得已經(jīng)生成的α相轉變?yōu)棣孪啵⑶沂沟霉璋l(fā)生自燒結而阻礙進一步氮化反應的發(fā)生。針對上述問題，本文探索了新型硅粉氮化實驗，提出了改善反應熱的幾點新思路，并摸索了最優(yōu)工藝:
　　首先，使用旋轉爐進行硅粉氮化，相對與靜態(tài)的管式爐和箱式爐，是一個動態(tài)氮化的過程，氮化過程中不容易積熱，因此可以抑制α相到β相

3、的轉變，同時能夠抑制氮化硅結塊，可以直接制備高α相的氮化硅粉體，也避免了機械粉碎過程。最后也能提高氮化的均勻性，避免靜態(tài)爐中最后成品氮化硅塊中α相分布不均勻的問題。
　　其次，提出在微米級硅粉中摻入一定量納米級硅粉，作為制備氮化硅粉的原料。由于納米硅粉的氮化溫度較低，因此能夠先生成一部分氮化硅，先生成的這部分氮化硅起到稀釋劑的作用，能夠降低氮化過程中的積熱，從而提高α相含量。在同樣的思路下，我們在硅粉中添加一定量的氮化硅粉作為稀釋

4、劑，也能起到提高α相的目的;我們采用兩步氮化法，第一步生成的氮化硅顆粒也能起到稀釋劑的作用，最終提高α相含量。
　　第三，由于多孔硅粉具有高的比表面積和多孔結構，可以有效的提高氮化反應速率，均勻性，疏散反應積熱，因此，以多孔硅粉作為原料，在類似的氮化條件下，能夠得到α相含量更高的氮化硅粉。
　　此外，改善氮化硅的粒徑分布、提高其純度也是改善氮化硅粉質量的重要指標。因此，本文針對氮化硅球磨和酸洗進行了探索實驗，得到的最佳的球磨